CN203048644U

CN203048644U - 一种新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器

Info

Publication number: CN203048644U
Application number: CN 201320025293
Authority: CN
Inventors: 王曙光; 邢苏芳; 孙雪菲
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2023-01-17

Abstract

本实用新型涉及一种新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器，该反应器包括反应器本体、泵、电源、Ti电极、石墨烯薄膜电极和支架，反应器本体为空心结构，支架设在反应器本体内部，Ti电极为Ti片并设在反应器本体顶端，石墨烯薄膜电极设在支架上，电源的正极与石墨烯薄膜电极连接，电源的负极与Ti电极连接；反应器本体还设有反应器入口和反应器出口，反应器入口设在Ti电极与石墨烯薄膜电极之间，反应器出口设在石墨烯薄膜电极与反应器本体底端之间，泵与反应器入口连接。本实用新型利用石墨烯薄膜制成的电极处理印染废水，不仅能够对印染废水进行吸附处理，同时能够电解处理，总有机碳含量去除效率高；电源电压低，电能消耗少。

Description

一种新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器

技术领域

本实用新型涉及一种新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器，属于废水处理的技术领域。

背景技术

纺织印染行业是我国用水量较大，排放废水量较多的工业部门之一；这类废水往往含有多种有机染料及其中间体，具有排放量大，成分复杂，色度深，毒性强，难降解，pH值波动大，组分浓度高且变化大的特点。一般处理方法有：物理法（如：过滤法，沉降法，气浮法以及磁分离法等）、化学法（如：化学混凝法，氧化法以及电解方法等）和生物化学方法等。其中传统的电解法可以较好地去除染料，但是其存在能耗大、成本高、析氧析氢等副反应的缺点，并且只起凝聚与氧化作用，脱色、TOC的去除效果较差。石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状品格结构的碳质材料，普遍存在于其他碳材料中，并可以看作是其他维度碳基材料的组成单元，传统石墨烯处理印染废水一般是利用了其强吸附能力。但是，石墨烯难于同废水分离并易于造成二次污染。

中国专利文献CN102050555B（201010605977.8）公开了一种印染废水处理循环利用装置及其方法，装置设有粗格栅过滤机、调节池、水力筛、脱硫反应池、纳米催化电解机、絮凝反应池、沉淀池、气浮装置、生化池、二沉池、二次纳米催化电解机、过滤器、压滤机、膜系统和循环水池。具体步骤包括脱硫、纳米催化电解、絮凝、生化处理、二次催化电解、过滤和膜分离。但该装置结构复杂，处理工序繁琐。

目前，以石墨烯和Ti为电极的印染废水处理电化学反应器未见报道。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器。

本实用新型以真空抽滤石墨烯制得石墨烯薄膜为母体，固定于反应器内的夹槽中，反应器顶端固定钛片。石墨烯吸附有机染料的同时，利用电化学原理对染料进行脱色以及氧化处理。

本实用新型的技术方案如下：

一种新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器，包括反应器本体、泵、电源、Ti电极、石墨烯薄膜电极和支架，所述的反应器本体为空心结构，支架设置在反应器本体内部，Ti电极为金属Ti片并设置在反应器本体顶端，石墨烯薄膜电极覆盖设置在支架上，石墨烯薄膜电极的面积与反应器本体横截面积大小相同，电源的正极与石墨烯薄膜电极连接，电源的负极与Ti电极连接；反应器本体还设置有反应器入口和反应器出口，反应器入口设置在Ti电极与石墨烯薄膜电极之间，反应器出口设置在石墨烯薄膜电极与反应器本体底端之间，泵与反应器入口连接。

本实用新型所述的石墨烯薄膜电极按照如下步骤制备得到：按质量体积比为0.1~0.5g/L将石墨烯溶于超纯水中，超声分散5min制得石墨烯水凝胶，然后将石墨烯水凝胶真空抽滤到孔径是0.20~0.22μm的尼龙滤膜上，于35~45℃干燥箱中烘干，即得石墨烯薄膜电极。

根据本实用新型，优选的，所述的支架为金属网格支架并设置在反应器本体内壁的1/3~2/3高度处。

根据本实用新型，优选的，作为Ti电极的金属Ti片厚度为0.3~0.7mm，面积为0.15~0.3m²。

根据本实用新型，优选的，所述的反应器本体为有机玻璃材质的长方体空心结构。

根据本实用新型，优选的，所述的泵为蠕动泵。

根据本实用新型，优选的，所述电源的电压为1.5V~3.0V。

本实用新型中反应器本体的形状可以根据需要制造成为不同形状，可以为长方体空心结构，也可以为圆筒形结构；本实用新型中支架对石墨烯薄膜电极起固定支撑作用。

本实用新型使用时，用泵将待处理的印染废水泵入反应器本体内，Ti电极和石墨烯薄膜电极均与印染废水接触，开通电源，石墨烯薄膜电极不仅对印染废水进行吸附处理，同时进行电凝聚、脱色以及氧化电解处理；经处理后的印染废水从反应器出口流出。

本实用新型采用石墨烯薄膜作为电极电化学处理印染废水，稳定运行后总有机碳TOC去除率能够达到95%以上，脱色率也能达到90%以上，同时所需要的外源电压小，仅1.5V~3.0V，具有较好的经济以及环境效应。

本实用新型有如下有益效果：

1、本实用新型的电化学反应器利用石墨烯薄膜制成的电极处理印染废水，不仅能够对印染废水进行吸附处理，同时能够电解处理，总有机碳含量（TOC量）去除效率高；电源电压低，电能消耗少。

2、本实用新型的电化学反应器在电解过程中能够同时完成电凝聚、脱色以及氧化处理，将染料（如：亚甲基蓝，甲基橙等）完全处理为二氧化碳并放入大气中。

3本实用新型的电化学反应器稳定性好，处理效率高，出水水质稳定，流程简单，设备紧凑，占地面积小，易实现自动控制，运行管理简单。

附图说明

图1为本实用新型实施例1新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器支架的俯视图。

图2为本实用新型实施例1新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器的结构示意图；

其中，1、反应器本体，2、泵，3、电源，4、Ti电极，5、石墨烯薄膜电极，6、支架，7、反应器入口，8、反应器出口。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型做进一步说明，但不限于此。

实施例中制备石墨烯薄膜电极所用的原料均为常规市购产品，其中，石墨烯：宁波墨西科技有限公司有售；超纯水：珠海市江河海水处理设备工程有限公司有售；尼龙滤膜：海宁市能大过滤设备有限公司有售。

实施例1

一种新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器，包括反应器本体1、泵2、电源3、Ti电极4、石墨烯薄膜电极5和支架6，反应器本体1为空心结构，支架6为金属网格结构并设置在反应器本体1内壁的1/2高度处，Ti电极4为厚度是0.3mm，面积为0.15m²的金属Ti片并设置在反应器本体1顶端，石墨烯薄膜电极5覆盖设置在支架6上，石墨烯薄膜电极5的面积与反应器本体1横截面积大小相同，电源3的正极与石墨烯薄膜电极5连接，电源3的负极与Ti电极4连接；反应器本体1还设置有反应器入口7和反应器出口8，反应器入口7设置在Ti电极4与石墨烯薄膜电极5之间，反应器出口8设置在石墨烯薄膜电极5与反应器本体1底端之间，泵2与反应器入口7连接。

本实施例中反应器本体1为有机玻璃材质的长方体空心结构，长方体空心结构长1.5m、宽1m、高1m，有效容积为1.35L；电源3的电压为1.5V；泵3为蠕动泵，流速为0.1L/min；石墨烯薄膜电极5按照如下步骤制备得到：按质量体积比为0.1g/L将石墨烯溶于超纯水中，超声分散5min制得石墨烯水凝胶，然后将石墨烯水凝胶真空抽滤到孔径是0.20μm的尼龙滤膜上，于35℃干燥箱中烘干，即得石墨烯薄膜电极。

图1为本实施例新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器支架的俯视图，图2为本实施例新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器的结构示意图。

本实施例中的新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器使用时，用泵3将待处理的印染废水泵入反应器本体1内，开通电源3，石墨烯薄膜电极5不仅对印染废水进行吸附处理，同时进行电凝聚、脱色以及氧化电解处理；经处理后的印染废水从反应器出口8流出。

在反应器出口8收集处理后的印染废水并测量其色度、总有机碳含量（TOC量），同处理前的印染废水相比较计算其脱色率以及TOC去除率。经过本实施例新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器处理后的印染废水，脱色率为92%，TOC量去除率为95%。

实施例2

一种新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器，主体结构同实施例1，不同的是石墨烯薄膜电极5按如下方法制备：

按质量体积比为0.5g/L将石墨烯溶于超纯水中，超声分散5min制得石墨烯水凝胶，然后将石墨烯水凝胶真空抽滤到孔径是0.22μm的尼龙滤膜上，于45℃干燥箱中烘干，即得石墨烯薄膜电极。

在反应器出口8收集处理后的印染废水并测量其色度、总有机碳含量（TOC量），同处理前的印染废水相比较计算其脱色率以及TOC去除率。经过本实施例新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器处理后的印染废水，脱色率为93%，TOC量去除率为95.5%。

实施例3

一种新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器，主体结构同实施例1，不同的是电源3的电压为3.0V。

在反应器出口8收集处理后的印染废水并测量其色度、总有机碳含量（TOC量），同处理前的印染废水相比较计算其脱色率以及TOC去除率。经过本实施例新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器处理后的印染废水，脱色率为97%，TOC量去除率为96%。

对比例

一种新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器，主体结构同实施例1，不同的是不接通电源3。

在反应器出口8收集处理后的印染废水并测量其色度、总有机碳含量（TOC量），同处理前的印染废水相比较计算其脱色率以及TOC去除率。经过处理后的印染废水，脱色率为60%，TOC量去除率为55%。

通过对比实施例1~3跟对比例的处理结果，显示，不接通电源3，光靠石墨烯薄膜的吸附过滤作用，印染废水的脱色率和TOC量去除率都较低；接通电源3后，新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器不仅能够对印染废水进行吸附处理，同时能够电解处理，使得印染废水的脱色率和TOC量去除率都较高，处理效果较好。

Claims

1.一种新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器，包括反应器本体、泵、电源、Ti电极、石墨烯薄膜电极和支架，其特征在于，所述的反应器本体为空心结构，支架设置在反应器本体内部，Ti电极为金属Ti片并设置在反应器本体顶端，石墨烯薄膜电极覆盖设置在支架上，石墨烯薄膜电极的面积与反应器本体横截面积大小相同，电源的正极与石墨烯薄膜电极连接，电源的负极与Ti电极连接；反应器本体还设置有反应器入口和反应器出口，反应器入口设置在Ti电极与石墨烯薄膜电极之间，反应器出口设置在石墨烯薄膜电极与反应器本体底端之间，泵与反应器入口连接。

2.根据权利要求1所述的新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器，其特征在于，所述的支架为金属网格支架并设置在反应器本体内壁的1/3~2/3高度处。

3.根据权利要求1所述的新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器，其特征在于，作为Ti电极的金属Ti片厚度为0.3~0.7mm，面积为0.15~0.3m²。

4.根据权利要求1所述的新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器，其特征在于，所述的反应器本体为有长方体空心结构。

5.根据权利要求1所述的新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器，其特征在于，所述的泵为蠕动泵。

6.根据权利要求1所述的新型石墨烯-Ti电极印染废水处理电化学反应器，其特征在于，所述电源的电压为1.5V~3.0V。